08.11.2021, 11:28
Ученые Университета Мичигана использовали «зеркальные» атомные ядра для исследования фундаментальных свойств атомов и процессов, происходящих внутри нейтронных звезд.
Facility for Rare Isotope Beams
Американские физики представили дизайн эксперимента, который сокращает время проведения опытов с нескольких лет до нескольких дней. В ней зеркальные атомные ядра используются для изучения поведения нейтронов внутри атомов
Исследователь Мичиганского университета Алекс Браун около 20 лет назад начал создавать теорию, которая заложила основы для описания процессов в нейтронных звездах при помощи фундаментальных свойств атомных ядер, но построить мост между этими областями при помощи экспериментов оказалось намного сложнее. Тем не менее, физики смогли разработать такие эксперименты, которые позволили пролить свет на эту связь и проникнуть глубже в сложные процессы внутри экзотических звезд.
В атомных ядрах нейтроны немного выделяются среди остальных нуклонов — они образуют тонкий слой, который выходит за пределы протонов. Это называется нейтронной оболочкой. Измерение толщины нейтронной оболочки позволяет исследователям получить больше информации о сильном взаимодействии и, как следствие, о нейтронных звездах.
В своих экспериментах авторы новой работы бомбардировали электронами ядра свинца и кальция. Основываясь на том, как электроны рассеиваются или отклоняются от ядер, ученые могли бы рассчитать верхний и нижний пределы размера нейтронной оболочки.
В этих экспериментах ученым необходимо было измерить, сколько места занимают протоны в конкретном ядре никеля. Это называется радиусом заряда. В частности, авторы исследовали радиус заряда для никеля-54 — ядра никеля с 26 нейтронами и 28 протонами. Что особенного в никеле-54, так это то, что ученые уже знают радиус заряда его зеркального ядра, железа-54 с 26 протонами и 28 нейтронами.
Используя созданную раннее теорию, ученые смогли рассчитать радиус никеля-54. Для этого им потребовалось порядка секстиллиона электронов. Используя новую теорию, физики смогли сократить время на исследования с нескольких лет до нескольких дней. Дальнейшее совершенствование системы позволит проводить исследование атомных ядер более эффективно и быстро. Работа уже дает первые плоды и показывает, какие изменения претерпевают нейтроны внутри атомных ядер при их сжатии.
Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
